Nuovo studio sulla termalizzazione dei filtri ultrasottili dello strumento X-IFU guidato da N. Montinaro (INAF – OAPA)
Per studiare i fenomeni più energetici che avvengono nell’Universo sono necessarie osservazioni ai raggi X, che devono necessariamente essere effettuate con satelliti in orbita a cause dell’assorbimento dell’atmosfera terrestre. Negli ultimi trent’anni, l’astrofisica ai raggi X è stata dominata da due satelliti: Chandra della NASA e XMM/Newton dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA). Il futuro di questa branca dell’astrofisica, invece, avrà il marchio di Athena, dell’ESA, attualmente in fase di sviluppo.
Un team composto da ricercatori dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) – Osservatorio Astronomico di Palermo, dell’Università di Palermo e dell’Università di Ginevra ha pubblicato un nuovo studio sulla termalizzazione di filtri ultrasottili rivestiti di alluminio e supportati da reticoli strutturali metallici dello strumento X-IFU della missione spaziale Athena. Lo studio, guidato da Nicola Montinaro (INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo), ha permesso di ottenere il profilo di temperatura radiale dei filtri termici essenziali per il corretto funzionamento di X-IFU, e rientra in un lungo progetto di investigazione delle proprietà dei materiali utilizzati.
X-IFU (X-ray Integral Field Unit), è uno strumento chiave nella missione Athena di ESA, capace di catturare immagini ai raggi X degli oggetti osservati in cui ogni pixel fornirà anche spettri ad alta risoluzione. X-IFU opera a temperature criogeniche per rilevare i raggi X con una sensibilità senza precedenti. Per proteggere il rivelatore X-IFU da contaminazioni di vario tipo è previsto l’uso di filtri termici realizzati con membrane di poliimmide rivestite da alluminio. Tuttavia, a causa degli spessori nanometrici e della bassa conducibilità termica dei filtri, questi oggetti mostrano gradienti radiali di temperatura che devono essere conosciuti in dettaglio.
In questo lavoro è stato impiegato un approccio di Modello ad Elementi Finiti per esplorare diversi parametri di design e strategie di riscaldamento per il filtro più esterno e più critico per la contaminazione molecolare. Sono stati esaminati gli effetti della geometria del reticolo di supporto, dei materiali usati per la realizzazione del reticolo strutturale, e dei metodi di riscaldamento affinché i filtri possano mantenere una temperatura superiore a 320 gradi K riducendo il rischio di contaminazione molecolare. Il lavoro è descritto nell’articolo: “Elastic characterization of nanometer-thick polymeric film for astrophysics application with an experimental-numerical method” disponibile sulla rivista Sensors e rappresenta un passo avanti nella tecnologia degli strumenti spaziali (DOI: 10.3390/s24072360).
La figura di copertina (cliccare qui per visualizzarla interamente) mostra in alto la sezione dei modelli utilizzati nelle simulazioni, in basso uno schema dell’ambiente e delle condizioni al contorno usati nelle simulazioni.
